CN202711407U - 一种在线式火灾烟气探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于消防设备技术领域，具体为一种在线式火灾烟气探测装置。其由烟温复合探测器、CO探测器、第一气体探测器、第二气体探测器、微机单元、第一有线通讯模块、第二有线通讯模块、无线通讯模块、电源管理单元、信号处理盒、备用电池组和安装底座组成。所述四种探测器分别与第一有线通讯模块连接，第一与第二有线通讯模块、无线通讯模块、电源管理单元与微机单元连接；第二有线通讯模块、无线通讯模块同时与外部通讯传输网络连接，电源管理单元同时与外部电源连接。本实用新型能够采集烟雾浓度、危险气体浓度和热辐射温度等环境参数，为疏散逃生、抢险救援的顺利实施提供了保证，同时其量程范围适中、可靠性高、寿命长、扩展方便。

Description

一种在线式火灾烟气探测装置

技术领域

本实用新型属于消防设备技术领域，具体涉及一种用于火灾监控的在线式烟气探测装置。

背景技术

火灾烟气探测装置主要应用在建筑物的一些关键部位，如电梯前室、楼梯、走道、进出口通道等疏散逃生区域。因为火灾中的被困人员容易在此聚集，或等候救援，或寻找逃生机会。

目前，人们通过大量火灾案例了解到烟气是火场的第一杀手，火灾中多数伤亡者并非直接烧死，而是受火灾烟气致死。火灾烟气极大地妨碍了人们在火灾中的逃生和疏散，已经成为最主要的致死原因。人们在与火灾的长期斗争中，总结出火灾烟气具有三大特性：毒害性、减光性和恐怖性。其中毒害性主要表现为：缺氧、有毒气体、高温及尘埃四个方面。火场上大多数可燃物质含有碳，当供给的空气充足时，碳燃烧并生成二氧化碳，但当空气不足时，便形成危险的一氧化碳。近年来，随着高分子合成材料在建筑、装修及家具等行业中的广泛应用，火灾中烟雾的毒性日趋严重，所形成的主要有害气体包括：一氧化碳、二氧化碳、氰化氢、硫化氢、氯化氢等。一旦毒气浓度含量超过了人们生理正常所允许的最低浓度，就会引起中毒死亡。在烟气扩散中，一些毒性气体往往比烟雾和温度更快地蔓延。例如，烟气中高浓度的CO和C0₂能够在建筑物中狭长通道内沿着水平方向快速传播，反而在较远处，CO和C0₂浓度值高出火源处一倍多，这是火灾中很多遇难者死于远离火源位置的原因。研究表明，CO和HCN是中毒最快、毒性最强的气体，在大量的火灾死难者血液中，发现了CO和HCN。下表列出火灾烟气主要有害成分及疏散条件许可浓度。

火灾烟气主要有害成分及疏散条件许可浓度

实时采集火灾现场中热、烟、毒方面的信息，对于掌握火灾蔓延趋势、正确指挥疏散逃生、有的放矢地开展抢险救援活动具有重要的意义。近年来，研究火灾烟气信息的实时监测技术成为一大热点。

在现有技术中，烟雾探测器是最为常见的火灾探测器。但其信号单一，仅能反映烟雾浓度大小，缺乏烟气中的其它重要成分，信号量程设置以早期报警为目的，不能满足持续监测所需宽泛量程的要求。因此，单靠烟雾探测器不能全面掌握烟气的危害程度。同时火灾蔓延后，与其相连的分布式火灾报警通讯管线易被烧毁，引起系统瘫痪，如果在疏散救援阶段继续依赖火灾报警系统的信息，其可靠性难以保证。

在现有技术中，烟气分析仪器，包括烟气参数测试仪、烟气组份分析仪、便携式烟气分析仪等在燃烧系统分析、大气环保监测等工业、民用及科学研究领域被广泛使用。这类仪器以专业仪器为主，测试参数齐全、精度高、普遍采用红外线式、光谱光学式等先进分析手段，价格普遍较高，一台仪器售价在几万至几十万之间。另一类便携式分析仪器虽然价格有所下降，但大多采用电化学型、催化燃烧型传感器，这类传感器容易老化、寿命较短、需要定期标定和维护保养。此外，在公共安全领域应用的一些气体报警设备，多以半导体器件和低浓度报警为主，量程窄，线性度差。如普通的一氧化碳探测器、报警值仅为150ppm，无法满足火灾烟气探测的要求。

研制火灾烟气探测装置必须满足以下几个条件。一是烟气成分问题，所采集的烟气成分应能较准确反映烟气的危害程度；二是探测量程问题，所选定的传感器量程应能覆盖火灾条件下的危险浓度值的范围；三是产品寿命问题，必须克服一些气体传感器性能优良但寿命较短的问题；四是可靠性问题，面对火灾引起的坍塌要有较强的生存能力。五是外观结构问题，应能方便现场安装，同时与公共建筑的装饰保持协调。六是价格问题，只有达到民用领域能够接受的程度，才能有良好的应用前景。到目前为止，市场上还未见到满足上述要求的产品，研究开发一种实用、新型的火灾烟气探测装置非常必要。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、采集参数多、探测效果好、使用寿命长、价格经济合理的在线式火灾烟气探测装置。主要用于建筑物发生火灾情况下烟气浓度监测、蔓延趋势监测，为疏散和抢险救援活动提供持续有效的火场信息。

本实用新型所提供的在线式火灾烟气探测装置，主要由烟温复合探测器1、CO探测器2、第一气体探测器3、第二气体探测器4、微机单元5、第一有线通讯模块6、第二有线通讯模块7、无线通讯模块8、电源管理单元9、信号处理盒10、备用电池组11和安装底座12组成。

所述烟温复合探测器1、CO探测器2、第一气体探测器3、第二气体探测器4分别与第一有线通讯模块6连接，第一有线通讯模块6、第二有线通讯模块7、无线通讯模块8、电源管理单元9分别与微机单元5连接；第二有线通讯模块7、无线通讯模块8同时与外部通讯传输网络连接，电源管理单元9同时与外部电源连接；备用电池组11同电源管理单元9连接。

所述的安装底座12分为上、下两层，上、下两层连接为一体；所述烟温复合探测器1、CO探测器2、第一气体探测器3和第二气体探测器4集成安装在底座12的上层；所述第一有线通讯模块6、第二有线通讯模块7、无线通讯模块8、电源管理单元9、备用电池组11和微机单元5设置于信号处理盒10内，信号处理盒10和接线端子设置于底座的下层；如图1所示。 

本实用新型中，烟温复合探测器1，CO探测器2，第一气体探测器3和第二气体探测器4独立完成传感信号的采样、调理和温度线性补偿。微机单元5通过第一有线通讯模块6与前述各个探测器连接通信，读取采样数据等探测信息。探测信息进入微机单元5内，微机单元5进行分析处理，综合判断烟气的危险等级。第二有线通讯模块7通过外部通讯传输网络与监控中心有线连接，将烟气数据同步发往监控中心，供指挥人员决策参考。无线通讯模块8通过外部通讯传输网络与监控中心无线通讯，与有线通讯模块一起实现通讯故障的冗余。备用电池组11作为后备电源与电源管理单元9连接，电源管理单元9对外部输入电源进行监控，当出现掉电、欠压等故障时，自动切换至备用电池组供电，电源管理单元9平时对电池进行充电和欠压监测。

本实用新型中，针对火灾中烟气伴随多种成分同时出现，对人体危害作用体现为综合效应的特点。微机单元5采用多参量数据融合算法，包括趋势分析、模拟逻辑推理、神经网络判断等。综合给出四个预警级别：安全、轻度危险、中度危险、严重危险。其中安全级别对应长期允许浓度，轻度危险级别对应发出预警信息、中度危险级别对应火灾疏散条件许可浓度，严重危险级别对应半数致死浓度。达到危险等级时立即发出报警。

本实用新型中，所述的烟温复合探测器1包括烟雾传感器和温度传感器。所述烟雾传感器采用后向散射光电探测原理，探测量程：0～60%/m；所述温度传感器采用热敏电阻、铂电阻或集成温度传感器中的任一种，探测量程：0-100 ℃。烟温复合探测器使用寿命大于10年。

本实用新型中，所述的CO（一氧化碳）探测器2采用电化学探测原理，探测量程：0-10000 ppm，探测器使用寿命大于5年。

本实用新型中，所述的第一气体探测器（3）、第二气体探测器（4）采用红外型或半导体型气体敏感元件，探测气体种类包括CO₂（二氧化碳）、O₂（氧气）、CH₄（甲烷）、HCN(氰胺酸)、H₂S (硫化氢)、 HCL（氯化氢）中的一种。探测量程： CO₂: 0～5%VOL；O₂：0～30%VOL；CH₄：0～5%VOL；HCN：0～500ppm、H₂S：0～2000ppm、 HCL：0～5000ppm；探测器使用寿命大于5年。第一气体探测器（3）、第二气体探测器（4）针对所探测场所的烟气特征采用2种不同气体进行组合，探测烟气中主要毒性成分。

本实用新型中，所述的各种探测器均采用独立的模块化设计，内置传感元件、微控制器和线性温度补偿算法以及通讯电路，探测装置可以根据探测的实际需要，选用其中的几种探测器进行组合配置。第一有线通讯模块6实施与各探测器内的通讯电路连接，采用的通讯标准为TTL电平或RS485标准中的任一种。第二有线通讯模块7实施与外部通讯网络的连接，采用的通讯标准为RS485或CAN标准中的任一种。无线通讯模块8采用Zigbee、蓝牙、GPRS或WiFi中的任一种。第一气体探测器3、第二气体探测器4采用标准圆柱结构和标准接插件，支持在安装底座的直接热插拔，方便不同种类气体探测器组合更换。在信号处理盒内放置微机单元5、第一有线通讯模块6、第二有线通讯模块7、无线通讯模块8、电源管理单元9、电池等部件。电源管理单9元包括电源隔离电路、电压监控电路、电池充电电路、备电切换电路等。

为了方便使用，本实用新型还配备有便携式多功能火灾探测器试验器和气体探测器检测仪。这些仪器能在现场对烟温复合探测器、气体探测器进行加烟、加温、加气试验，完成对探测器的性能测试、量程标定等工作，是烟气探测装置必不可少的使用维护工具。

本实用新型与已有技术相比具有如下优点：

1、本实用新型装置是一种在线式的烟气探测仪，工作寿命长、能够长期连续工作。本实用新型充分利用最新科技发展，选用先进器件。普通CO传感元件目前仍以半导体、电化学、催化燃烧器件为主，本实用新型采用最新电化学器件，即有良好的线性度、又保证使用寿命大于5年。气体类传感器则首选近年来出现的微型红外气敏传感元件、具有较小的体积和至少5年以上的使用寿命。烟雾和温度探测器选用了火灾探测报警领域的成熟技术，使用寿命大于10年。本实用新型的烟气探测装置整体寿命可达5年以上，具备较好的实用程度、可满足民用领域的应用。

2、本实用新型中，采用的探测参数具有良好的选择性、能较好的反映不同建筑物火灾烟气的主要成分。烟雾、温度和CO是烟气中的基本成分。烟雾用减光系数%/m反映烟尘的遮光性，温度则反映火场辐射热；CO ₂ 、O ₂ 、CH ₄ 、HCN、H ₂ S、HCL等气体用浓度方式分别反映燃烧程度、毒性程度和空气窒息程度。针对不同用途的建筑其燃烧毒性有所不同，比如，一般写字楼装饰物产生的毒性成分多，可选用HCN\ H₂S探测器组件；一般民用建筑天然气容易泄露、可选用CH₄探测器。本实用新型所述的第一气体探测器、第二气体探测器为灵活选择附加探测参数提供了方便。

3、本实用新型中，采用宽泛的探测量程、能够很好反映火灾条件下的烟气危险等级、为制定针对性的火场抢险救援方案提供了数据基础。一些探测参数突破了常用量程范围。例如，烟雾的减光系数与能见度建立关联，突破了一般火灾报警领域10%/m的报警上限，达到50%/m设定上限，能够很好反映火灾现场遮光性程度，CO浓度上限则达到10000ppm。

4、本实用新型采用多种故障冗余方案，提高了火灾环境下的生存能力。探测装置内置电池，在主电源故障后，通过备用电源保证2小时的工作时间。无线通讯模块与有线通讯并列构成通讯网络，增加通讯冗余度。无线通讯模块也可以直接替代有线方案，构成无线通讯网络，确保探测装置局部烧毁不致影响全局。

5、本实用新型支持所有探测器现场热插拔功能，支持第一气体探测器、第二气体探测器根据应用需要进行灵活配置。本实用新型还定制配套了便携式试验器，极大地方便了在现场进行定期测试、标定等维护工作。

6、本实用新型选用的大部分器件价格低廉，整体成本不高。即满足了烟气浓度专业分析的较高要求，又使经济成本较为合理，具备了大规模推广应用的基础。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：将烟气分析技术引入火灾监控领域，通过优化配置探测参数和传感元件、扩大探测量程、采用多种故障冗余技术，从而在烟气探测领域产生一种新的技术效果。克服了专业烟气分析仪器技术复杂、价格高、应用面窄，难以在一般火灾监控领域使用的缺陷，使在线式火灾烟气探测装置首次达到实用化程度。装置能有效反映火灾现场烟气的危害程度，可以在火灾监控、疏散逃生、抢险救援领域获得广泛应用。随着物联网技术的发展，该装置还可以作为常规楼宇监控设备获得更为广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成图。

图2为本实用新型的实施例1的示意图。

图3为本实用新型的实施例2的示意图。

图4为本实用新型的实施例3的示意图。

图5为本实用新型的实施例4的示意图。

图中标号：1为烟温复合探测器，2为CO探测器，3为第一气体探测器，4为第二气体探测器，5为微机单元，6为第一有线通讯模块，7为第二有线通讯模块，8为无线通讯模块，9为电源管理单元，10为信号处理盒，11为备用电池组，12为安装底座。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步说明：

实施例1，探测装置设置了烟温复合探测器， CO探测器，第一气体探测器和第二气体探测器，采集5种烟气信息：烟雾、温度、CO 、CO₂和HCN。 烟温复合探测器由光电感烟探测器和热敏电阻型感温探测器/复合而成，CO探测器采用长寿命电化学传感器，其探测量程为0-5000ppm，使用寿命5年。第一气体探测器采用红外型CO ₂ 传感器、第二气体探测器采用半导体型HCN传感器，两者使用寿命均大于5年。上述各探测器独立完成传感信号的采样、调理和温度线性补偿。装置的第一有线通讯模块为RS485总线模块。装置的微机单元通过RS485总线与各探测器连接通信，读取采样数据。 探测信息在微机单元内进一步融合处理，综合判断烟气的危险等级。对于超过火灾疏散条件许可浓度的参数立即发出报警。装置的第二有线通讯模块与监控中心采用CAN总线连接，将烟气数据同步发往监控中心，供指挥人员决策参考。无线通讯模块为ZigBee模块，与监控中心无线通讯，与有线通讯模块一起实现通讯故障的冗余。装置配备有电池，电源管理单元对外部输入电源进行监控，当出现掉电、欠压等故障时，自动切换至电池供电模式，电池容量保证装置继续工作2小时，电源管理单元平时对电池进行充电和欠压监测。本实例方法可以应用于各类大型建筑。如图2所示。

实施例2，探测装置设置了4种探测器，采集5种烟气信息：烟雾、温度、CO 、O₂和CH₄。第一气体探测器采用O₂传感器、第二气体探测器采用CH₄传感器，两者均为红外型传感器，使用寿命超过5年。其余探测器参数与上述实施例1相同。第一有线通讯模块为RS485总线模块。第二有线通讯模块与监控中心采用CAN总线连接。装置未配置无线通讯模块和电池，由监控中心集中配置后备电源并进行切换管理。本实例方法可以应用于各类中型建筑。如图3所示。

实施例3，探测装置设置了4种探测器，采集4种烟气信息：烟雾、温度、CO和CH₄。第一气体探测器采用红外型CH₄传感器、取消第二气体探测器，其余探测器参数与上述实施例1相同。第一有线通讯模块与各探测器以TTL电平标准连接通讯。装置未配置第二有线通讯模块，配置了GPRS 无线通讯模块，烟气报警信息以短消息方式发往报警中心。装置 配置有电池、其电源管理模式与上述实施例1相同。本实例方法成本较低，可以应用于各类高层住宅建筑。如图4所示。

实施例4，探测装置设置了5种探测器，采集5种烟气信息：烟雾、温度、CO、H₂S和HCL。第一气体探测器采用H₂S传感器、第二气体探测器采用HCL传感器，其余探测器参数与上述实施例1相同。第一有线通讯模块与各探测器以TTL电平标准连接通讯。第二有线通讯模块与监控中心采用CAN总线连接。装置配置有电池、其电源管理模式与上述实施例1相同。本实例能够探测电缆聚合物燃烧产生的烟气成分，可应用于电力变电站、电缆隧道等的消防监控。如图5所示。

Claims (7)

1.一种在线式火灾烟气探测装置，其特征在于主要由烟温复合探测器（1）、CO探测器（2）、第一气体探测器（3）、第二气体探测器（4）、微机单元（5）、第一有线通讯模块（6）、第二有线通讯模块（7）、无线通讯模块（8）、电源管理单元（9）、信号处理盒（10）、备用电池组（11）和安装底座（12）组成；

所述烟温复合探测器（1）、CO探测器（2）、第一气体探测器（3）、第二气体探测器（4）分别与第一有线通讯模块连接（6），第一有线通讯模块（6）、第二有线通讯模块（7）、无线通讯模块（8）、电源管理单元（9）分别与微机单元（5）连接；第二有线通讯模块（7）、无线通讯模块（8）同时与外部通讯传输网络连接，电源管理单元（9）同时与外部电源连接；备用电池组（11）同电源管理单元（9）连接；

所述的安装底座（12）分为上、下两层，上、下两层连接为一体；所述烟温复合探测器（1）、CO探测器（2）、第一气体探测器（3）和第二气体探测器（4）集成安装在底座的上层；所述第一有线通讯模块（6）、第二有线通讯模块（7）、无线通讯模块（8）、电源管理单元（9）、备用电池组（11）和微机单元（5）设置于信号处理盒（10）内，信号处理盒（10）和接线端子设置于底座的下层。

2.根据权利要求1所述的在线式火灾烟气探测装置，其特征在于所述的烟温复合探测器（1）包括烟雾传感器和温度传感器；所述烟雾传感器采用后向散射光电探测原理，探测量程：0～60%/m；所述温度传感器采用热敏电阻、铂电阻或集成温度传感器中的任一种，探测量程：0-100 ℃。

3.根据权利要求1所述的在线式火灾烟气探测装置，其特征在于所述的CO探测器（2）采用电化学探测原理，探测量程：0-10000 ppm。

4.根据权利要求1所述的在线式火灾烟气探测装置，其特征在于所述的第一气体探测器（3）、第二气体探测器（4）采用红外型或半导体型气体敏感元件，探测气体种类包括CO₂、O₂、CH₄、HCN、H₂S、HCL中的一种；探测量程：O₂: 0～5%VOL；O₂：0～30%VOL；CH₄：0～5%VOL；HCN：0～500ppm、H₂S：0～2000ppm、 HCL：0～5000ppm。

5.根据权利要求1所述的在线式火灾烟气探测装置，其特征在于所述的第一有线通讯模块（6）采用的通讯标准为TTL电平或RS485标准。

6.根据权利要求1所述的在线式火灾烟气探测装置，其特征在于所述的第二有线通讯模块（7）采用的通讯标准为RS485或CAN标准。

7.根据权利要求1所述的在线式火灾烟气探测装置，其特征在于所述的无线通讯模块（8）为Zigbee、蓝牙、GPRS或WiFi。

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